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한국화학공학회> Korean Chem.Eng.Res.(화학공학)> 메탄올을 이용한 올레핀 생산 분리공정의 기술 및 경제성 분석

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메탄올을 이용한 올레핀 생산 분리공정의 기술 및 경제성 분석

Techno-Economic Analysis of Methanol to Olefins Separation Processes

박종현 ( Jonghyun Park ) , 정영민 ( Youngmin Jeong ) , 한명완 ( Myungwan Han )
  • : 한국화학공학회
  • : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권1호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 02월
  • : 69-83(15pages)

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목차

1. 서 론
2. 공정 모사
3. 결과 및 토론
4. 결 론
감 사
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경질 올레핀은 중요한 석유화학제품일 뿐 아니라 다양한 화학 중간체들을 위한 기본 구성체이다. 최근 에틸렌이 생산제품의 대부분을 차지하는 Ethane Cracking Center (ECC) 공정이 크게 늘어남에 따라 프로필렌 공급이 매년 꾸준히 증가하는 프로필렌 수요를 따라잡지 못하고 있다. 이에 따라 프로필렌의 수요를 따라잡기 위하여 메탄올로부터 올레핀으로 전환하는 기술이 보다 중요하게 되었다. Methanol to olefins (MTO) 공정은 합성가스를 통해 메탄올을 생산하고 메탄올로부터 프로필렌 등 올레핀을 생산한다. 메탄올을 올레핀으로 전환하는 반응은 사용되는 촉매에 따라 다른 반응생성물 조성을 갖기 때문에 생성물에 따른 적절한 분리 방법이 고려되어야 한다. 따라서 네 가지의 대표적인 반응생성물 조성들에 대하여 네 가지의 분리공정 대안들을 Aspen plus를 이용하여 모사하였다. 또한 모사 결과를 바탕으로 기술적 경제적 분석을 통하여 MTO 공정의 반응 생성물 조성에 대한 각 분리공정의 성능을 평가하였으며, 이를 통해 MTO 공정의 반응기에서 생산되는 생성물 조성에 따라 적합한 분리공정 선정을 위한 지침을 제시하였다.
Light olefins are important petrochemicals as well as primary building blocks for various chemical intermediates. As the number of ethane cracking center (ECC) process, in which ethylene accounts for most of the production, has increased in recent years, propylene supply is not catching up with steadily increasing propylene demand. This trend makes the conversion of methanol to olefins to get more industrial importance. The methanol to olefins (MTO) process produces methanol through syngas and obtain olefins such as propylene through methanol. Since the reaction from methanol to olefins provides different product compositions depending on the catalyst used for the reaction, it is important to choose an appropriate separation process for the reaction product with different composition. Four different separation processes are considered for four representative cases of product compositions. The separation processes for the reaction products are evaluated by techno-economic analysis based on the simulation results using Aspen plus. Guidelines are provided for selecting a suitable separation process for each of representative case of product compositions in the MTO process.

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  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
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1페로브스카이트 태양전지 안정성 개선을 위한 광활성층 연구 현황과 전망

저자 : 송재관 ( Jae-kwan Song ) , 김도형 ( Do-heyoung Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 1-20 (20 pages)

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화석 연료를 이용하는 에너지원이 심각한 환경오염을 일으키고, 인류의 건강한 삶에 큰 영향을 주어 청정한 에너지자원의 개발은 매우 중요한 이슈가 되었다. 화석 연료를 대체하기 위한 다양한 에너지원의 개발이 진행되고 있으며, 그 중 최근에는 태양 전지에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 현재 실용화 되어 있는 태양전지는 실리콘 기반 태양전지인데, 제조비용이 큰 단점이 부각되고 있으며 이에 따라 이의 단점을 개선하기 위한 노력과 동시에 실리콘 기반 태양전지를 대체하려는 시도가 이루어지고 있다. 이중 실리콘 기반 태양전지를 대체할 후보로 페로브스카이트 태양전지가 큰 관심을 받고 있는데, 그 이유는 높은 광전 변환 효율, 저렴한 제조비용, 유연한 형태로의 제조 가능성 때문이다. 그러나 현재 보고되고 있는 페로브스카이트 태양전지는 장기적 안정성이 떨어지며, 또 납으로 인해 신체에 유해하다는 큰 단점을 가지고 있다. 본 리뷰에서는 페로브스카이트 태양전지의 장기적 안정성을 높이는 방안들 그리고 환경적으로 유해한 납을 사용하지 않는 방안들의 최신 연구 방향 동향에 관하여 살펴보았다.

2Studies on Skin Permeation with Polymer Micelles and the Cell Penetrating Peptide of Pyrus Serotina Var Stem Extracts

저자 : Gyu Min An , Su In Park , Min Gi Kim , Soo Hyeon Heo , Moon Sam Shin

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 21-28 (8 pages)

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The stem extract from Pyrus serotina var has natural antioxidant ability, but the extraction method does not result in a soluble compound in cosmetic formulations. This study investigated the cosmetic efficacy of the Pyrus serotina var stem extract and its epidermis permeation ability when combined with polymer micelles and a cell penetrating peptide. The total concentration of polyphenol compounds was determined to be 103.1644 ± 1.38 mg/g in the ethanol extract and 78.97 ± 1.45 mg/g in the hydrothermal extract. The 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging effects were 55.94 ± 0.22% in the ethanol extract at 1,000 mg/L. Superoxide dismutase (SOD) activity rates were 104.05 ± 3.28% in the ethanol extract at 62.5 mg/L. The elastase inhibition rate was 67.21 ± 2.72% in the ethanol extract at 1,000 mg/L. An antimicrobial effect was observed in the Propionibacterium acnes strain. In the epidermal permeability experiment, it was confirmed that formulation of the polymer micelle containing the Pyrus serotina var stem extract and cell penetrating peptide (R6, hexa-D-arginine) showed small particle size and much better skin permeability. The cumulative amount of total Pyrus serotina var stem extract that penetrated to the skin over time increased over 24 hours in three formulations. The three formulations showed 51.61 μg/cm2 (Formulation 0), 75.97 μg/cm2 (Formulation 1) and 95.23 μg/cm2 (Formulation 2) skin penetration, respectively. Therefore, it was confirmed that the ethanol extracts of Pyrus serotina var stem showed good cosmetic efficacy and excellent epidermis permeation ability when combined with a polymer micelle and cell penetrating peptide. Thus, this extract has the potential to be used as a safe and natural cosmetic material in the future.

3세포투과 펩티드를 이용한 주름개선 펩티드 GHKs의 피부흡수 증진

저자 : 박수인 ( Su In Park ) , 안규민 ( Gyu Min An ) , 김민기 ( Min Gi Kim ) , 허수현 ( Soo Hyeon Heo ) , 신문삼 ( Moon Sam Shin )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 29-35 (7 pages)

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본 연구에서는 경피흡수가 잘 안되는 주름개선 펩티드인 GHK, GHK-Cu, Pal-GHK에 대하여 세포투과 펩티드인 알르기닌 올리고머(tetra-D-arginine, R4)와 hexa-D-arginine, R6)를 첨가한 후 경피 투과도를 측정하여 그 결과를 다음 6가지 경우로 분석하였다. 첫번째로 주름개선 펩티드만 함유한 경우는 구리이온(Cu2+)과 팔미트산이 경피 투과율을 증진시키는 것을 알 수 있다. 두번째로, GHK에 알르기닌 올리고머(R4, R6)를 첨가한 경우는 알르기닌 올리고머(R4, R6)가 경피 투과율을 증가시켰으며, R4에서 더 좋은 경피 투과율 증가를 나타났다. 세번째로, GHK-Cu에 R4, R6를 첨가한 경우는 경피 투과율 증가가 나타났으며, R6 < R4 경피 투과율 순서로 나타났다. 네번째로 Pal-GHK에 R4, R6를 첨가한 경우에도 경피 투과율 증가가 나타났으며, R6 < R4 경피 투과율 순서로 나타났다. 다섯번 째로, R4를 GHK, GHK-Cu, Pal-GHK에 첨가한 경우에는 GHK+R4 < GHK-Cu+R4 < Pal-GHK+R4 순서로 경피 투과율 증가가 나타났다. 마지막으로 R6를 GHK, GHK-Cu, Pal-GHK에 첨가한 경우에는 GHK+R4 < GHK-Cu+R4 < Pal-GHK+R4 순서로 경피 투과율 증가가 나타났다. 이를 통하여 주름 개선 펩티드인 GHK, GHK-Cu, Pal-GHK의 피부 투과를 증가를 위한 최적의 조건을 제시하여 그 효능을 극대화할 수 있는 방안을 제시함으로써 주름 개선 기능성 화장품에서의 폭넓은 활용과 응용을 제안하고자 한다.

4생분해성 고분자 코팅이 담관용 마그네슘 합금 스텐트의 분해 속도와 기계적 물성에 미치는 영향

저자 : 김현욱 ( Hyun Wook Kim ) , 이우일 ( Woo-yiel Lee ) , 송기창 ( Ki Chang Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 36-43 (8 pages)

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생분해성 금속인 마그네슘 합금 와이어를 이용하여 담관용 스텐트를 제작하였다. 생체 내에서 마그네슘 합금의 문제점인 빠른 분해 및 부식을 제어하기 위하여 마그네슘 합금 와이어를 생분해성 고분자인 polycaprolactone (PCL), poly(propylene carbonate) (PPC), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) 등으로 코팅하였다. 표면분해가 이루어지는 고분자인 PPC의 경우는 전분해 거동을 보이는 다른 고분자들(PCL, PLLA, PLGA)에 비해 크랙이나 박리가 없어 가장 효율적으로 마그네슘 와이어의 분해 속도를 지연시켰다. 또한 생분해성 고분자 코팅이 마그네슘 합금 스텐트의 기계적 물성인 축 방향 힘에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 대부분의 생분해성 고분자(PCL, PLLA, PLGA)로 코팅된 스텐트는 코팅되지 않은 스텐트에 비해 축 방향의 힘이 증가하여 스텐트의 유연성을 감소시켰으나, PPC로 코팅된 스텐트는 코팅되지 않은 스텐트와 비슷한 축 방향의 힘을 나타내 스텐트의 유연성을 감소시키지 않았다. 이상의 결과로부터 PPC가 가장 효율적인 생분해성 고분자로 판단된다.

5결정성 바이페닐 에폭시 합성 및 경화 거동 연구

저자 : 최봉구 ( Bong-goo Choi ) , 최호경 ( Ho-kyoung Choi ) , 최재현 ( Jae-hyun Choi ) , 최중소 ( Joong-so Choi )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 44-51 (8 pages)

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n-Methylimidazole, acetonitrile, benzylbromide 및 sodiumhexafluoroantimonate를 이용하여 염기성 촉매 1-benzyle-3-mehyl-imidazolium hexafluoroantimonate (BMH)를 합성하고, tetramethyl biphenol (TMBP)과 epichlorohydrine을 이용하여 결정성 바이페닐 에폭시를 합성하여 FT-IR과 1H-NMR으로 구조를 분석하였다. 합성한 촉매 BMH의 경화 거동을 고찰하기 위하여 0 ℃에서 250 ℃까지 5 ℃/min의 속도로 승온시키면서 에폭시 수지에 대하여 BMH의 질량비를 0.5, 1.0, 2.0 wt.%로 변화시켜 시차주사 열량계(differential scanning calorimeter, DSC)로 분석하였다. 그 결과, BMH 촉매는 비스페놀 A형 에폭시와 양이온 중합체의 단계적 가열과정에서 빠른 경화 특성을 보였다. 또한 합성한 바이페닐 에폭시는 일정한 온도에서 급격히 점도가 낮아지는 특성과 바이페놀의 강직한 골격구조를 가지는 특성을 가지고 있기 때문에 결정성 구조 및 고내열성을 요구하는 반도체용 봉지재료의 대표격인 epoxy molding compound (EMC)의 원료로서의 적용 가능성을 고찰하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발한 바이페닐 에폭시는 결정성 구조로 이루어진 것을 확인하였으며, 경화제로 페놀 노볼락수지와 고온에서의 경화반응 시, BMH 촉매 존재 시에는 150 ℃ 근처에서 경화반응이 관찰되어 EMC의 원료로 사용될 수 있음을 확인하였다.

6LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 양극활물질의 전기화학적 특성 향상을 위한 MgF2 표면처리 효과

저자 : 진수진 ( Su-jin Jin ) , 서진성 ( Jin-seong Seo ) , 나병기 ( Byung-ki Na )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 52-58 (7 pages)

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본 연구에서는 MgF2를 이용하여 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 양극활물질의 표면을 코팅하여 전기화학적 특성과 열적 안정성을 평가하였다. 코팅된 MgF2의 비율은 0.5, 1, 3 wt%로 조절하였다. 전기화학적 특성은 CV, 충·방전 프로파일, 출력특성, 수명특성을 분석하였고, 열적 안정성은 DSC 분석을 통하여 이루어졌다. 전기화학적 특성 분석 결과 0.1C에서 초기 방전 용량은 MgF2 코팅이 되었을 때 감소하였지만, 2C까지 출력을 향상 시켰을 때는 약간 향상된 방전 용량을 얻을 수 있었고, 수명특성 또한 향상되었다. 또한 DSC 분석 결과 코팅이 되었을 때 발열 온도가 증가하였고, 발열 피크의 세기 또한 감소하였다.

7후코이단에 의한 PEMFC 고분자막의 열화 감소

저자 : 오소형 ( Sohyung Oh ) , 곽아현 ( Ahyeon Kak ) , 오성준 ( Sungjun Oh ) , 이대웅 ( Daewoong Lee ) , 나일채 ( Il-chai Na ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 59-63 (5 pages)

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PEMFC 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 Radical 제거제가 사용되고 있다. 본 연구에서는 라디칼 제거제로서 해조류에서 추출한 후코이단이 고분자막의 전기화학적 열화를 방지하는지 Fenton 실험과 가속내구 평가방법(OCV Holding) 실험을 통해 검토하였다. 후코이단은 항산화 효과가 있어 과산화수소와 산소 라디칼로부터 고분자막을 보호해 열화속도를 1/10로 감소시켰다. 후코이단이 라디칼 제거제로 사용되는 MnO2보다 효과적임을 보였다. PEMFC셀에서 OCV Holding 실험한 결과, 후코이단이 고분자막의 수소투과도를 12% 감소시켰고, 성능은 라디칼 제거제가 없을 때보다 29.1% 감소시켜 PEMFC 셀에서도 라디칼 제거제의 역할을 함을 확인하였다. 그리고 후코이단을 Anode쪽보다 Cathode 쪽 전극 이오노머에 넣은 것이 더 효과적임을 확인하였다.

8Metal Copper Clad Laminate (MCCL)의 고방열 특성을 위한 Epoxy/BN 복합체 개발

저자 : 최호경 ( Ho-kyoung Choi ) , 최재현 ( Jae-hyun Choi ) , 최봉구 ( Bong-goo Choi ) , 윤도영 ( Do-young Yoon ) , 최중소 ( Joong-so Choi )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 64-68 (5 pages)

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본 연구에서는, 열 전도성 충진제로 충진 된 에폭시복합체를 사용하여 금속 구리판에 이를 코팅한 기판이 제조되었다. 에폭시 복합체의 열전도도를 향상시키기 위해서는 에폭시 매트릭스에 있는 전도성 필러의 최적 분산을 통한 전도성 네트워크를 형성하게 하고, 인접한 필러 입자들 사이에서 열 저항 접합의 수를 감소시키는 것이 중요한 요소이다. 이는 에폭시는 열전도도가 0.2~0.3W 밖에 안되기 때문에 높은 열전도도를 유지하기 위해선 열전도성 필러가 서로 연결되어 입자간에 갭이 적어야 열저항을 감소시킬수 있기 때문이다. 본 연구의 목적은 에폭시 수지에 Al2O3와 Boron Nitride (BN) 충진제를 균일하게 분산시켜 고방열 에폭시 복합체를 개발하는 데 있다. 그 결과, Al2O3와 Boron nitride Filler가 에폭시 수지 매트릭스에 서로 연결되어 에폭시 수지와 알루미나/Boron nitride 하이브리드 필러 간에 계면 공극 없이 분산되어 열전도도 특성 향상을 확인 할 수 있었고, 표면 처리한 s-BN 필러가 에폭시 수지의 매트릭스의 계면접착력을 향상시켰으며, 계면 공극을 최소화함에 따라 높은 열전도도 특성을 확보 할 수 있었다.

9메탄올을 이용한 올레핀 생산 분리공정의 기술 및 경제성 분석

저자 : 박종현 ( Jonghyun Park ) , 정영민 ( Youngmin Jeong ) , 한명완 ( Myungwan Han )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 69-83 (15 pages)

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경질 올레핀은 중요한 석유화학제품일 뿐 아니라 다양한 화학 중간체들을 위한 기본 구성체이다. 최근 에틸렌이 생산제품의 대부분을 차지하는 Ethane Cracking Center (ECC) 공정이 크게 늘어남에 따라 프로필렌 공급이 매년 꾸준히 증가하는 프로필렌 수요를 따라잡지 못하고 있다. 이에 따라 프로필렌의 수요를 따라잡기 위하여 메탄올로부터 올레핀으로 전환하는 기술이 보다 중요하게 되었다. Methanol to olefins (MTO) 공정은 합성가스를 통해 메탄올을 생산하고 메탄올로부터 프로필렌 등 올레핀을 생산한다. 메탄올을 올레핀으로 전환하는 반응은 사용되는 촉매에 따라 다른 반응생성물 조성을 갖기 때문에 생성물에 따른 적절한 분리 방법이 고려되어야 한다. 따라서 네 가지의 대표적인 반응생성물 조성들에 대하여 네 가지의 분리공정 대안들을 Aspen plus를 이용하여 모사하였다. 또한 모사 결과를 바탕으로 기술적 경제적 분석을 통하여 MTO 공정의 반응 생성물 조성에 대한 각 분리공정의 성능을 평가하였으며, 이를 통해 MTO 공정의 반응기에서 생산되는 생성물 조성에 따라 적합한 분리공정 선정을 위한 지침을 제시하였다.

10반응 조건에 따른 규산마그네슘의 입도 변화 및 폴리올 정제 능력평가

저자 : 유종렬 ( Jhongryul Yoo ) , 정홍인 ( Hongin Jeong ) , 강동균 ( Donggyun Kang ) , 박성호 ( Sungho Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 84-91 (8 pages)

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염기성 폴리올 및 식용유 정제에 사용하는 합성 규산마그네슘의 효율성은 정제능력과 여과속도를 통해 평가되며, 규산마그네슘의 입도 및 표면적에 따라 영향을 받는다. 본 연구에서는 합성변수인 반응온도, 주입속도, 주입순서(Si, Mg), Mg/Si의 반응몰비가 규산마그네슘의 입도에 미치는 영향을 조사하였다. 합성된 규산마그네슘은 합성공정, 분쇄공정, 정제공정으로 비교 분석되었다. 합성공정에서 반응 온도와 주입 속도는 규산마그네슘의 평균입도 변화에 영향을 주지 않는 반면, Mg/Si의 반응몰비와 주입 순서는 평균입도 변화에 주된 요인으로 작용하였다. 합성 후 규산마그네슘의 평균입도는 반응몰비가 0.125에서 0.500로 증가할 때 Mg 주입 시 약 54.4 μm에서 63.1 μm로 약 8.7 μm 증가하였고, Si 주입 시 47.3 μm에서 52.1 μm로 약 4.8 μm 증가하였다. 주입 순서 별 평균입도를 비교해보면 Mg 주입 시 59.1 μm, Si 주입 시 48.4 μm로 약 10.7 μm의 평균입도 차이를 보였으며 Mg을 주입하는 조건에서 약 2배 빠른 수세여과속도가 관찰되었다. 즉, 입도가 증가함에 따라 여과 시간이 단축되고 수세여과속도 증가로 생산성 향상에 기여할 수 있었다. 여과 후 분리된 cake형태의 규산마그네슘은 건조과정을 통해 단단한 고형체가 되고 분쇄공정을 통해 분말형태의 흡착제로 사용된다. 건조된 규산마그네슘의 물리적 강도가 감소함에 따라 분말의 평균입도가 감소하고, 이 강도는 반응몰비에 영향을 받는 것을 확인하였다. Mg주입 시 Mg/Si의 반응몰비가 증가함에 따라 규산마그네슘의 물리적 강도가 감소하여 분쇄 후 평균입도가 합성 후 평균입도에 비해 약 40% 감소하는 것을 관찰하였다. 이러한 강도감소는 평균입도감소와 분쇄 후 미분량의 증가로 정제능력의 향상을 가져왔지만 정제여과속도 감소를 가져왔다. Mg 주입 시 반응몰비가 0.125에서 0.5로 증가할 동안 정제능력은 약 1.3 배가 증가하였으나 정제여과속도는 약 1.5 배가 감소하였다. 따라서 규산마그네슘의 생산성 향상을 위해서는 Mg/Si의 반응몰비를 증가시켜야 하지만, 폴리올의 정제여과속도를 증가시키기 위해선 반응몰비를 감소시켜야 한다. 규산마그네슘의 합성변수 중 주입순서와 Mg/Si의 반응몰비는 합성 후 평균 입도와 분쇄 후 평균입도 및 미분량 변화에 영향을 주는 주요인자로 생산성 및 정제능력을 결정짓는 중요한 합성변수이다.

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